自然界中的許多生物進(jìn)化出了能(néng)夠編輯自身結構的卓越能(néng)力，以便在其生命周期内更有效地适應動态環境。例如海洋中的章魚在出生後(hòu)，手臂上會生長(cháng)許多發(fā)光的吸盤，用來傳遞不同的生物信息，如驚吓捕食者或作爲生物發(fā)光誘餌在黑暗的海洋中吸引獵物。長(cháng)期以來，科學(xué)家嘗試通過(guò)設計智能(néng)人工材料（尤其是類生物組織的軟、濕高分子水凝膠驅動器）來複制這(zhè)種(zhǒng)自然結構編輯能(néng)力。這(zhè)將(jiāng)極大豐富水凝膠驅動器的環境交互功能(néng)。然而在人工水凝膠體系中實現像真實生物一樣(yàng)在不同生長(cháng)發(fā)育階段具有不同的生物結構并展現不同的功能(néng)還(hái)是相當具有挑戰性的。

　　近年來，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料團隊陳濤研究員與路偉研究員一直緻力于熒光高分子水凝膠的仿生構建及其在信息存儲與加密、僞裝與人機交互等方面(miàn)的應用研究。近日，該團隊與甯波大學(xué)王文欽副教授合作，在Angew. Chem. Int. Ed.（題爲“Bio-inspired Structure-editing Fluorescent Hydrogel Actuators for Environment-interactive Information Encryption”，2023，DOI: 10.1002/anie.202300417）上報道(dào)了一種(zhǒng)用于環境交互信息加密的結構編輯熒光水凝膠驅動器（圖1）。研究人員以熱引發(fā)劑和光引發(fā)劑作爲生長(cháng)因子的類似物從基礎水凝膠中擴散出來引發(fā)聚合生長(cháng)出新的結構（圖2），建立了一種(zhǒng)通用的仿生由内向(xiàng)外生長(cháng)策略，并構建了類生物結構編輯能(néng)力的熒光水凝膠驅動器。同時，通過(guò)編輯不同驅動單元的生長(cháng)排列位置可以實現響應性的3D折紙類形狀變化，這(zhè)種(zhǒng)可編輯性使得通過(guò)預先設計的生長(cháng)排列來預測形狀變化成(chéng)爲可能(néng)（圖3）。通過(guò)在結構編輯水凝膠上以碳點爲墨水書寫特定的信息，利用不同環境鑰匙（如溫度、pH等）得到的差異化驅動狀态，可用于可視化信息的傳遞（圖4）。

　　該研究利用仿生逐步由内向(xiàng)外生長(cháng)技術賦予了已加工完成(chéng)的水凝膠結構編輯特性，首次展示了一種(zhǒng)利用可編程的多種(zhǒng)驅動狀态來傳達不同信息的環境交互信息顯示系統，有望在很大程度上豐富水凝膠驅動器的環境交互功能(néng)，爲下一代智能(néng)驅動系統的發(fā)展鋪平道(dào)路。

　　以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073297）、中德合作國(guó)際交流項目（M-0424）、中國(guó)科學(xué)院青年創新促進(jìn)會（2019297）和王寬誠教育基金（GJTD-2019-13）等項目的資助。

圖1 用于環境交互信息加密的結構編輯熒光水凝膠示意圖

圖2 新水凝膠結構的可控編輯生長(cháng)

圖3 對(duì)初始水凝膠結構編輯以産生可編程的折紙類3D形狀變形的水凝膠驅動器

圖4 用于環境交互信息加密的結構編輯水凝膠驅動器

　　（智能(néng)高分子團隊 路偉 王瑞佳）